Лекции 15-19 часть 1у. Измерение напряжений и токов §1. Измеряемые параметры и характеристики изменяющихся во времени напряжений и токов

Основными электрическими величинами, позволяющими наиболее полно характеризовать режимы работы различных электро- и радиоустройств, являются: ток, напряжение и мощность, значения которых могут изменяться в очень широких пределах, например, токов - от 10^-14 до 10⁶ ампер, напряжений - от долей микровольт до тысяч киловольт и мощностей — от долей микроватта до мегаватт. Кроме того, измеряемые токи, напряжения и мощности могут быть различных частотных диапазонов, начиная с нулевой частоты и кончая сверхвысокими частотами. Естественно, что для измерения этих величин в столь больших пределах их изменения и в широком диапазоне частот создать один универсальный прибор практически невозможно. Поэтому в измерительной технике применяется множество отдельных приборов для различных пределов измерения, причем принципы построения каждого из них могут существенно различаться в зависимости от частотного диапазона его применения.

Рис. 1 Эквивалентные схемы включения амперметров

Каждый измерительный прибор для исследуемой или контролируемой цепи является дополнительной нагрузкой, так как в этом случае и вольтметр и амперметр являются дополнительными потребителями энергии. Таким образом, даже при измерении постоянных токов всегда будет появляться некоторая систематическая погрешность измерения, определяемая конечными значениями проходного сопротивления амперметра или входного сопротивления вольтметра. Например, в схеме рис. 1,а, при заданных значениях внутреннего сопротивления генератора Ri и сопротивлении нагрузки Rн ток в цепи

(1)

Включение амперметра с сопротивлением Rа изменит ток до нового значения

(2)

Погрешность в этом случае определяется отношением Rа / (Ri +Rа).

При измерении переменного тока, например, в диапазоне звуковых частот эквивалентная схема замещения прибора усложняется необходимостью учета влияния реактивных составляющих Lа и Са полного сопротивления амперметра и паразитных емкостей С0 . Эквивалентная схема прибора для этого диапазона частот будет иметь вид, показанный на рис. 1,б. Теперь на значение погрешности измерения будет влиять также ток утечки через емкость С0 . К тому же емкости С0 и Са совместно с индуктивностью Lа образуют колебательный контур, следовательно, суммарная погрешность измерения будет определяться и частотой измеряемого тока.

Рис. 2. Эквивалентные схемы включения вольтметров:

а) в цепь постоянного тока; б) в цепь переменного тока

Еще более сложной эквивалентной схемой представлен амперметр на высоких частотах (рис. 1,в), где также необходимо учитывать распределенные емкости и индуктивности соединительных проводов, так как благодаря их наличию ток в приборе может сильно отличаться от тока в линии передачи.

Подобная картина получается и при измерении напряжении. Оценить погрешность измерения, например, при измерении в цепи постоянного тока, можно, рассматривая схему рис. 2,а. Действительное падение напряжения на нагрузке

(3)

Однако при измерении Ux с помощью вольтметра с входным сопротивлением Квх это напряжение примет значение

(4)

Таким образом, при измерении напряжений появляется дополнительная погрешность

(5)

На радиочастотах вопрос о погрешности измерения усугубляется влиянием индуктивностей подводящих проводников, образующих с входной емкостью Свх резонансный контур, искажающий распределение напряжений между отдельными элементами цепи.

По причинам, указанным ранее, измерение тока на частотах, превышающих примерно 200—250 МГц, практически не производится. Точно также и измерение напряжений с помощью даже специальных вольтметров ограничивается диапазоном дециметровых волн.